Автомобили на пиве – будущее альтернативной энергетики

Автомобили на пиве – будущее альтернативной энергетики

Глобальный энергетический кризис – это одна из главных проблем современности, которая особенно волнует автомобилистов. И пока потенциально мрачные картины нашего будущего заставляют многих находить кратковременное утешение в бутылке пива, особенно находчивые предприниматели уже начали использовать его для совершенно других целей!

В то время как большинство пивоваренных заводов занимаются бесконечным совершенствованием своего бесполезного варева, австралийский производитель пива DB Export начал проводить сложную работу, направленную на развитие собственного рецепта и изготовление альтернативного топлива из, казалось бы, самого невероятного варианта сырья.

Пивоваренный завод этого производителя, расположенный в Новой Зеландии, выпустил первое в мире коммерчески доступное биотопливо, которое было сделано из пива. В настоящее время оно закачивается на 60 сервисных станций, обеспечивая пивное питание автомобилей по всему острову.

Топливо, которое создатели окрестили «Brewtroleum», разработано на принципе использования избыточного осадка, оставшегося после процесса ферментации. Проще говоря, оно делается из неактивного раствора дрожжей, который в противном случае шел бы местным животноводам или выбрасывался в отходы. Около 15 300 галлонов суспензии было направлено на нефтеперерабатывающий завод для использования с целью производства 79 250 галлонов биотоплива. Ожидается, что эта начальная партия сможет обеспечить питание автомобилей на дорогах страны в течение более шести недель.

Пиво против нефти

Удивительно, почему никто не пришел к идее питания автомобилей пивом раньше. Этанол считается частью процесса нашего медленного ухода от использования ископаемых видов топлива, и, кроме того, упоминания о растворе этанола присутствуют во многих дискуссиях о том, как ограничить негативные последствия изменения климата.

Тем не менее, мир, в целом, очень медленно шел к тому, чтобы начать использовать этанол. Отчасти так получилось потому, что требуемое для его производства пространство рассматривалось как «конкурирующее» с пространством, необходимым для выращивания продовольственных культур. Т.е. если мы выделяем больше площади для разработки этанола, по логике выходит, что из-за этого остается меньше пространства для выращивания пищевых культур.

А это, в свою очередь, может привести к значительному росту цен на продукты питания. Кроме того, как отмечает Межправительственная группа экспертов Организации Объединенных Наций по изменению климата: «Производство некоторых видов биотоплива влечет за собой косвенные выбросы, что может привести к еще большему общему объему отходов и выбросов вредных веществ, чем при использовании нефтепродуктов».

Вот почему использование не пищевых продуктов для создания биотоплива настолько привлекательно: так потребуется меньше времени и пространства для его производства. И раз подобные Brewtroleum альтернативы этанола (также известные как биотопливо второго поколения) изготавливаются из уже существующих отходов, получается, что они не так сильно влияют на выращивание пищевых культур. Сегодня использование биотоплива второго поколения является одним из наиболее привлекательных решений задачи по уменьшению нашей зависимости от нефти. На сегодняшний день, создание такого топлива возможно из продуктов обработки древесины, быстро растущих трав, соломы, а теперь и дрожжей.

Пригодно ли подобное биотопливо для автомобилей?

Этанол, производимый DB Export, стал важным шагом на пути к использованию альтернативной энергетики в будущем, особенно после того, как Brewtroleum оказался полностью пригодным для автомобилей.

До сих пор такой этанол общественность не принимала, опираясь на тот факт, что существует определенное отношение этанола к нефти, при котором топливная смесь получается непригодной для обычных автомобилей. Так, совместимость и производительность этанола резко падает, как только он достигает соотношения к нефти 1:9.

Но эта проблема была успешно преодолена, и хорошей новостью стало то, что DB Export удалось придумать смесь, функционально эквивалентную E10. Питания одних только автомобилей биотопливом на основе пива не достаточно для остановки надвигающегося энергетического кризиса, но это важное новшество определенно следует воспринимать всерьез.

Будущее пивного топлива

В связи с подавляюще положительной общественной реакцией на выпуск нового вида топлива, DB Export планирует серию инноваций в дополнение к питанию автомобилей пивом в рамках своей рекламной кампании. Это необходимо для продвижения данной идеи в массы и большей осведомленности общественности о таком альтернативном виде топлива.

На данном этапе остается неясным, перерастет ли питание автомобилей пивом в долгосрочное бизнес-предприятие (как в материально-техническом, так и в финансовом плане). Если повезет, другие пивоварни по всему миру обратят внимание на эту идею и последуют примеру DB Export, начав развивать свои собственные методы для превращения пивной пены в альтернативный вид топлива.

Если они сделают это, то, возможно, мы вскоре сможем своими глазами увидеть настоящую революцию в области автомобильной промышленности. А что вы думаете об этом? Каким вы видите будущее развитие идеи пивного топлива? Делитесь своими мыслями в комментариях к статье!

«Зеленый» курс: какое будущее ждет альтернативные источники энергии

Что такое альтернативные источники энергии

Возобновляемую энергию получают из устойчивых источников, таких как гидроэнергия, энергия ветра, солнечная энергия, геотермальная энергия, биомасса и энергия приливов и отливов. В отличие от ископаемых видов топлива — например, нефти, природного газа, угля и урановой руды, эти источники энергии не истощаются, поэтому их называют возобновляемыми. Только за 2019 год по всему миру установлено объектов возобновляемых источников энергии (ВИЭ) общей мощностью 200 ГВт.

Виды альтернативных источников энергии

1. Солнечная энергия

Солнце — главный источник энергии на Земле, ведь около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии попадает на нашу планету ежегодно, а это более чем в 10 тыс. раз превышает общемировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или на открытых территориях преобразуют солнечный свет в электрическую энергию с помощью полупроводников — в основном, кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.

Солнечные панели могут вырабатывать энергию и в пасмурную погоду, и даже в снегопад. Для наибольшей эффективности их стоит устанавливать под определенным углом — чем дальше от экватора, тем больше угол установки панелей.

2. Энергия ветра

Использование ветра в качестве движущей силы — давняя традиция. Ветряные мельницы использовались для помола муки, лесопильных работ) и в качестве насосной или водоподъемной станции. Современные ветрогенераторы вырабатывают электроэнергию за счет энергии ветра. Сначала они превращают кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электрическую энергию.

Ветроэнергетика является одной из самых быстроразвивающихся технологий возобновляемой энергетики. По последним данным IRENA, за последние два десятилетия мировые мощности по производству энергии ветра на суше и на море выросли почти в 75 раз — с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт к 2018 году.

3. Энергия воды

Еще в древнем Египте и Римской империи энергия воды использовалась для привода рабочих машин, в том числе мельниц. В средние века водяные мельницы применялись в Европе на лесопильных и целлюлозно-бумажных предприятиях. С конца XIX века энергию воды активно используют для получения электроэнергии.

4. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует тепло Земли для производства электричества. Температура недр позволяет нагревать верхние слои Земли и подземные водоемы. Извлекают геотермальную энергию грунта с помощью мелких скважин — это не требует больших капиталовложений. Особенно эффективна в регионах, где горячие источники расположены недалеко к поверхности земной коры.

5. Биоэнергетика

Биоэнергетика универсальна. Тепло, электричество и топливо могут производиться из твердой, жидкой и газообразной биомассы. При этом в качестве возобновляемого сырья используются отходы растительного и животного происхождения.

6. Энергия приливов и отливов

Приливы и волны — еще один способ получения энергии. Они заставляют вращаться генератор, который и отвечает за выработку электричества. Таким образом для получения электроэнергии волновые электростанции используют гидродинамическую энергию, то есть энергию, перепад давления и разницу температур у морских волн. Исследования в этой области еще ведутся, но специалисты уже подсчитали — только побережье Европы может ежегодно генерировать энергии в объеме более 280 ТВт·ч, что составляет половину энергопотребления Германии.

Как разные страны мира выполняют планы по энергопереходу

Страны по всему миру поставили себе амбициозные задачи по переходу на возобновляемую энергию. Цели стали частью и Парижского соглашения — к 2030 году решения с нулевым выбросом углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Сделать это планируется за счет энергетического перехода — процесса замены угольной экономики возобновляемой энергетикой. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономическую рецессию, многие города, страны и компании продолжали объявлять или осуществлять планы по декарбонизации.

Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в развитие возобновляемой энергетики. Здесь планируют запустить ряд ветряных и солнечных проектов.

В Евросоюзе также прогнозируется скачок в приросте мощностей в 2021 году. Здесь даже в условиях пандемии не забывают о Green Deal — крупнейшей в истории ЕС коррекции экономического курса. Цель проекта — сформировать в ЕС углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить на 40% объем выбросов парниковых газов от уровня 1990 года и увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 32% в общей структуре энергопотребления. Как посчитала Еврокомиссия, достичь этих задач можно будет с помощью ежегодных инвестиций в размере €260 млрд. Доля ВИЭ в энергосистеме ЕС также постоянно растет. Так, около 40% электроэнергии в первом полугодии 2020 года в ЕС было произведено из возобновляемых источников.

Пока же в лидерах инвестиций в развитие возобновляемой энергетики — Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор, как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, глобальные инвестиции в ветровую и солнечную энергетику, биотопливо, биомассу и отходы, малую гидроэлектроэнергетику увеличились почти на порядок. В годовом выражении вложения в чистую энергию выросли с $33 млрд до более чем $300 млрд за 20 лет.

Китай за десять лет стал главным производителем оборудования для возобновляемой энергетики. В первую очередь, речь идет о солнечных панелях. Семь из десяти крупнейших мировых производителей солнечных батарей — это китайские компании. В целом развитие технологий удешевило стоимость строительства новых объектов ВИЭ. Это приближает планы Китая стать углеродно нейтральным к 2060 году.

Серьезных шагов в сторону энергоперехода ожидают и от президента США Джо Байдена. Он не только вернул страну в Парижское соглашение, но и заявил о том, что намерен добиться чистых выбросов парниковых газов и перехода на 100% экологичной энергии к 2050 году.

Также к 2050 году планируют использовать только ВИЭ Япония, Южная Корея, Новая Зеландия и Великобритания. Прошедший 2020 год уже стал самым экологичным для энергосистемы Великобритании со времен промышленной революции. Страна целых 67 дней смогла обходиться без угля. От традиционных источников энергии Британия планирует отказаться уже к 2025 году.

Активно развиваются ВИЭ в Испании — по прогнозам, сектор только солнечной энергетики в стране будет расти примерно вдвое быстрее, чем в Германии.

В 2020 году Шотландия получила 97% электроэнергии из возобновляемых источников. С помощью произведенной «зеленой» энергии получилось обеспечить электронужды более чем 7 млн домохозяйств. Шотландия планирует стать углеродной нейтральной уже к 2030 году.

Этот же год выбран временем полного отказа от традиционной энергетики для Австрии, а Саудовская Аравия запланировала к 2030 году получать 50% электроэнергии от ВИЭ.

Геотермальная энергия в Рейкьявике и солнечные батареи для Берлина

Отдельные города по всему миру также стремятся стать климатически нейтральными. По данным CDP, из более чем 570 городов мира, по которым ведется статистика, более 100 получают по крайней мере 70% электроэнергии из возобновляемых источников — энергии воды, геотермальной, солнечной и ветровой энергии.

Читайте также  10 запоминающихся мест в Лос-Анджелесе, где можно побывать бесплатно

В списке присутствуют такие города, как Окленд, Найроби, Осло, Сиэтл, Ванкувер, Рейкьявик, Порту, Базель, Богота и другие.

Например, Берлингтон (штат Вермонт, США) уже получает 100% электроэнергии от ветра, солнца, воды и биомассы. Вся электроэнергия Рейкьявика производится за счет гидроэлектростанций и геотермальных источников. К 2040 году весь общественный и личный транспорт столицы должен стать свободным от ископаемого топлива.

100% энергии из возобновляемых источников для швейцарского Базеля обеспечивает собственная энергоснабжающая компания. Большая часть электроэнергии поступает от гидроэнергетики и 10% — от ветра. В мае 2017 года Швейцария проголосовала за постепенный отказ от атомной энергетики в пользу ВИЭ.

Мировые столицы также не остаются в стороне. Например, Сенат Берлина утвердил план мероприятий по развитию солнечной энергетики в столице Германии «Masterplan Solarcity». В соответствии с общей стратегией развития города Берлин должен стать климатически нейтральным к 2050 году. В конце 2018 года в Берлине работали солнечных электростанций, которые покрывали 0,7% потребления электроэнергии, к 2050 году 25% энергопотребления города будут обеспечиваться за счет солнечной энергетики.

«Мы продвигаем расширение возобновляемых источников энергии в Берлине. Сейчас на рассмотрении Сената столицы находятся два законопроекта. Закон о солнечной энергии обязывает владельцев частных домов устанавливать солнечные системы на крышах. Законопроект Администрации по окружающей среде и климату сделает использование солнечной энергии в общественных зданиях обязательным уже в 2023 году. Это радикально сократит выбросы CO2 в Берлине», — рассказала руководитель фракции «Зеленые» в берлинском Сенате Зильке Гебель.

Как бизнес формирует положительный имидж, инвестируя в ВИЭ

Компании по всему миру также создают стратегии и определяют «зеленые» цели, которых они хотят достичь в течение определенного периода времени. Появилось осознание: нужно действовать ответственно и подавать экологичный пример потребителям. Конечно, использование ВИЭ может не только помочь в формировании положительного имиджа для компаний, но и снизить затраты на электроэнергию.

Так, новые серверы Facebook, а также компания General Motors будут получать энергию от солнечной электростанции. Ее строят в штате Кентукки в рамках масштабной программы Green Invest.

IKEA запланировала производить больше электроэнергии на основе возобновляемых источников, чем она потребляет, к 2030 году. В 14 странах на магазинах размещены 920 тыс. солнечных панелей, а также более 530 ветряных турбин. Ingka, материнская компания IKEA, инвестировала около $2,8 млрд в различные проекты ВИЭ и стала владельцем 1,7 ГВт мощностей. Она также продолжит вкладывать средства в строительство ветропарков и солнечных электростанций.

Химический концерн BASF будет постепенно переходить на возобновляемые источники энергии, а также планирует инвестировать в ветропарки.

Компания Intel получает энергию от ветра, солнца, воды и биомассы. С 2012 года Intel инвестировал $185 млн в 2 000 проектов по энергосбережению, а 100% электроэнергии, потребляемой корпорацией в США и ЕС, поступает из ВИЭ.

Apple также ставит перед собой цель стать углеродно нейтральной. Она приобрела несколько солнечных ферм, обеспечивая устойчивую энергию для своих центров обработки данных. С 2018 года все розничные магазины, офисы и центры обработки данных Apple работают на 100% возобновляемой энергии.

Microsoft ежегодно использует более 1,3 млрд. кВт·ч «зеленой» энергии при разработке ПО, работы центров обработки данных и производства. Компания обязалась сократить выбросы углекислого газа на 75% к 2030 году.

Унылая правда об альтернативной энергетике, или горькое разочарование скакунов

Пертрубации на нефтяном рынке, которые привели к ухудшению финансовой ситуации в России, настолько радуют всяческих недоумков из либерального лагеря, что эти скакуны совершенно теряют голову. Так, только что один из скакунов, выдавая себя за специалиста в области альтернативной энергетики, отпостил настолько феерическую чушь, что я подумал «может, это устойчивое заблуждение и стоит о нем написать»? Вотъ. Пишу.

Итак. Начну с главного.
Никакой отдельно взятой альтернативной энергетики не существует. Чтоб там не блеяли про дешОвые китайские панели — не панели делают энергетику. Энергетику делает стабильность мощности, частоты, напряжения. Этого ничего солнечные панели делать не умеют. Это может сделать только энергетическая система в целом. Для этого в ней строят уйму генерирующих установок, распределительную и трансформаторную сеть, установки ввода резерва и синхронизации. Это все заметной цены и весьма сложно в управлении, и не имеет никакого отношения к панелям, которые вы ставите на даче.

Сразу вопрос: а как же в Германии, где типа есть счетчики «сколько ты отдал в сеть», и даже за это платят деньги? А никак. Это профанация, форма кредитования государством покупателей «зеленой энергетики». По простой как мычание причине: когда панели генерируют, эта энергия накуй никому не нужна. Подумайте сами, ЧТО вы будете нагружать в полдень. Станки? Один станок сожрет энергию от ста панелей, и ему нужна стабильность мощности и частоты. Допустим, мы обеспечим это на уровне сетевой стабилизации, устройством, которое стоит на 10.000 этих панелей. Солнышко вышло — панели стали генерировать. И что? Куда денется энергия, которую вырабатывала ТЭС полчаса назад? ТЭС уменьшают генерацию? Но остановить их нельзя, это значит что на величину энергии, полученной от частных панелей, ТЭС подогреет атмосферу.

Реально — да, есть быстровводимый резерв. Это газотурбинные установки. Но… Во-первых, быстрый резерв стоит как крыло от Боинга. Во-вторых, они чисто газовые, и имеют КПД ниже парогазовых. В-третьих, они таки жрут российский газ. В-четвертых, быстрый резерв имеет ресурс в половину от базовой генерации.

В сухом остатке вся эта частная генерация есть огромный попил феерических германских денег под предлогом «альтернативных источников». Парадоксально, но какой-то шанс на эффективное использование солнечной энергии имеет только Россия — страна со множеством часовых поясов и ЕДИНОЙ энергетической системой, которой нет у Европы. Есть рынок экспорта-импорта электроэнергии, не более.

На примере Германии посмотрите СКОЛЬКО денег они грохнули в эту энергетику за 20 лет… и насколько уныл результат.
Несколько выдержек.

В начале 90-х власти Европы решили очистить воздух от выбросов и загрязнений угольной генерации, и поскольку природный газ был самым экологически чистым, и что немаловажно — дешевым видом топлива, построили значительные газовые мощности «под потребности рынка». Теперь они не востребованы. Потом пришла эра «зеленой» энергетики: было создано 75 ГВт ВИА-мощностей путем стимулирующих мер и «feed in-тарифов» с надеждой на освобождение от импорта дорогих углеводородов, пусть и вопреки законам конкуренции. По ходу стало понятно, что никакая энергосистема не может полностью работать на альтернативных источниках энергии, поэтому Энергостратегию-2050 скорректировали, снизив прогноз по ВИЭ в объеме производства электроэнергии Германии в 2050г. со 100% до 80% и зарезервировав 20% за тепловой генерацией. Одновременно из-за сланцевой революции в США и высвободившихся дополнительных объемов угля, а также провала торговли квотами на выбросы СО2 неожиданно пришла новая эра угольной генерации: строится 7 ГВт новых угольных ТЭС до 2015 года. Таким образом, спустя 20 лет после начала политической борьбы с «грязной» угольной энергетикой, все вернулось на круги своя: угольная генерация в 2013г. обеспечит больше половины всей электроэнергии Германии. Партия зеленых, казалось бы, потерпела полное фиаско, но при этом она успела продавить закрытие всех АЭС до 2022 года.

Сегодня Германия по-прежнему разделена на четыре зоны, поставку электроэнергии по которым обеспечивают прежние сетевые операторы, переименованные в процессе реформы рынка. Существует мнение, что действие Третьего Энергопакета было выгодно, в первую очередь, американским инвестиционным фондам и что именно они разрушили стабильный бизнес энергохолдингов Европы, превратив их в убыточных производителей или мелких трейдеров-пустышек.

Мнения экспертов относительно будущего солнечной энергетики в Европе разделились. Сторонники «зеленой» экономики ожидают активного развития солнечной энергетики при некотором замедлении темпов роста в ближайшие годы. Прогнозы их оппонентов умеренно пессимистичны. В связи с продолжающейся экономической рецессией в странах ЕС и сокращением господдержки ВИЭ, интенсивных темпов развития солнечной энергетики в среднесрочной перспективе ждать не стоит. Итоги 2013 года, скорее всего, подтвердят замедление развития сектора. Долгосрочная перспектива будет определяться динамикой цен на углеводороды и диверсификацией направлений их поставок, а развитие солнечной энергетики останется уделом «богатых» стран Европы.

Что в сухом остатке? Тот факт, что выкинутые миллиарды никак не изменили качество жизни немцев. 28 евроцентов за киловатт — унылая практика их жизни. Не связывались бы с альтернативами — было бы в два раза дешевле. Рассуждающим о крахе классической энергетики стоит подумать об экономических аспектах. Это с одной стороны. А с другой — любая нелогичность рынка может пережить ваш депозит. Может, это из разряда тех нелогичностей, что немцы будут оплачивать еще долгие годы.

Самые сумасшедшие идеи альтернативных видов топлива, которые никогда не покинут стены лабораторий

Рост цен на бензин и дизельное топливо отбирают серьёзный кусок от бюджета каждой семьи, имеющий автомобиль или два (или даже более), и экономические последствия подтолкнули так называемые «зелёные» технологии в отчётливый мейнстрим. Чтобы уменьшить зависимость от дорогого, загрязняющего ископаемого топлива, в настоящее время изучаются много новых источников энергии для автомобиля. Энергия ветра, электромобили, гибридные автомобили, водородные топливные элементы, биодизель, этанол — мир альтернативной энергетики часто может показаться странным и непредсказуемым. Но да, как же тут не вспомнить, что в нашей стране, в отличие от всех остальных, действует «особая» теория заговора якобы олигархов, которая просто не впустит в страну иные виды топлива, кроме продуктов нефтепереработки. Конечно же, такое не исключено, но хочется верить, что это не так, потому что в противном случае Россия обречена.

Оказывается, есть источники энергии, которые выглядят гораздо более странно, чем, например, кукуруза и сахар. По большей части почти всё, что может гореть, может быть использовано в качестве источника альтернативного топлива, но для того чтобы это, действительно, работало в больших масштабах, альтернативный источник энергии должен соответствовать определённым понятным критериям: он должен производить более экологически чистую энергию за меньшие деньги, чем это делают нынешние технологии в виде нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих заводов, он должен присутствовать в природе в больших количествах и быть широко доступным в больших количествах, и он должен производить минимальное загрязнение окружающей среды.

Которые из самых странных источников энергии соответствуют этим критериям? Вы можете быть удивлены некоторыми видами решений альтернативного топлива, упомянутых здесь, но какие-то из этих идей являются чистым результатом работы науки, а другие всё же выходили из лабораторий, имея целью покорить потребительский мир топлива для автомобилей.

Мёртвые кошки

При разработке двигателя, работающего на якобы трупах кошек, на самом деле ни одной кошки не пострадало

Давайте начнём с рассмотрения одной из наиболее дурацких идей в сторону альтернативного источника энергии, которую, кстати, скорее всего, Вам никогда не поймать! Смогли бы Вы использовать трупы кошек как топливо в своём автомобиле? Если да, то хотели бы? Немецкая газета сообщила ещё в далёком 2005 году о неком изобретателе, который разработал топливную систему, которая может получать питание от мусора, в том числе умерших диких кошек.

Новостные интернет-сайты быстро подхватили тот отвратительный факт, что полный бак топлива потребует 20 мёртвых кошек. Впрочем, горе-изобретатель Кристиан Кох, действительно, изобрёл машину, которая может конвертировать мусор, такой как бумага, пластмасса и садовые отходы, в биодизельное топливо. Но им не было произведено никакого упоминания о кошках. Хотя, он не исключил того, что в теории его двигатель сможет работать и на кошках.

Читайте также  Новые фильмы осени 2015, которые стоит посмотреть каждому

Вероятно, Вам никогда не придётся использовать в качестве топлива для Вашего авто пиво — ведь ему есть гораздо лучшее применение, не так ли?!

Впрочем, это не совсем пиво, но это топливо можно заваривать самостоятельно. Этанол может быть сделан путём ферментации сахара, что похоже на виски или более знакомый некоторым самогон. На самом деле, и сегодня можно запустить обычную машину на чистом этаноле — в самом деле, знаменитые в Indy Racing League используют исключительно этанол. Так почему бы не купить немного сахара и самогонный аппарат и не произвести собственное топливо для авто?

Идея сама по себе не обязательно плоха. Это может быть хороший ответ для определённых лиц, и улучшения в технологиях изготовления этанола позволяют гораздо легче производить его на дому; однако, есть несколько причин, почему это не будет работать в больших масштабах. Экономика просто не работает в случае с этанолом, потому сахар слишком дорог — по крайней мере, в России и большинстве других развитых стран с развитой высокой автомобилизацией.

Самая большая проблема может заключаться на самом деле в трудоёмкости процесса. Определённый сегмент населения — это высокомотивированные, умные и техничные люди, и они бы с удовольствием претворили в жизнь идею пивоварения в своё собственное топливо. Но, к сожалению, сегодняшняя среднестатистическая мама в декрете или фермер с яркой «лампочкой» в голове не смогут решить эту задачу, попросту переключившись на производство этанола от расшивания кукол Тильд или построения двигателя-копателя соответственно. Нет, мы не придираемся и не имеем ничего против мамочек в декрете, но технология производства этанола, действительно, достаточно сложна — она похожа на производство самогона, но включает намного больше этапов.

Грязные подгузники

Даже имея что-то против мамочек в декрете, они могли бы стать производителем отличного источника альтернативного топлива

Это звучит почти так же, как и мёртвые кошки, но использованные подгузники могут быть отличным источником топлива по-настоящему, а не по слухам журналистов. Вообще, это идеальная возможность для мусора — быть превращённым в топливо в виде газа и мазута с низким уровнем загрязнения окружающей среды с помощью процесса, называемого «пиролизом». Он отличается от сжигания в том, что материал нагревается в закрытой бескислородной среде, которая разрушает молекулы, чтобы создавать полезные побочные продукты.

Почему же подгузники являются такими хорошими кандидатами для пиролиза? Существует несколько причин. У нас есть много одноразовых подгузников, и мы (вернее, дети) постоянно генерируем ещё больше таких подгузников. Вторая причина заключается в том, что было бы сравнительно легко воспользоваться специальной утилизацией в виде отдельных бункеров, чтобы отделить их от прочего мусора, хотя более правильной идеей был бы приём подгузников как вторсырья.

Третья и заключительная причина, и, действительно, самая главная причина, почему это будет работать — консистенция. Пиролиз работает лучше всего, когда материал для нагрева хорошо приспособлен для него. Смешанный мусор, который полон всевозможных случайных материалов, и Вы никогда не узнаете, какие смеси Вы собираетесь получить от одного дня к следующему. Но мы точно знаем, что находится в подгузниках и как это «готовить».

На самом деле, этот вид альтернативного топлива не совсем соответствует названию данной статьи — а, точнее, ему, возможно, и суждено покинуть лабораторию — компания в Квебеке, Канада, планирует построить завод по обработке использованных подгузников.

Шоколад

Не все источники альтернативного топлива мерзкие и противные

Кто не любит шоколад? Возможно, было много моментов в Вашей жизни, когда Вы просто не могли отказать себе в плитке Альпенгольда в зелёной обёртке или кирпичику горького на развес. Но вряд ли Вы когда-нибудь задавали себе вопрос вроде: «А что если бы я мог завести шоколадом двигатель?!»

Но возможно, именно эти мысли привели учёного из Университета Уорвика в Великобритании к созданию гоночного автомобиля Формулы-3, который работает на отходах, побочных продуктах, когда-то представлявших собой шоколад. Топливо, которое использовала его машина, была получена от компании Кэдбери», и это хороший пример того, как почти всё можно использовать для создания биодизельного топлива.

Переход на водород

Технологические решения для широкого использования самого эффективного топлива уже существуют

Водород — это самое энергоемкое и легкое вещество из всех видов топлива. Его производство не относится к инновациям — он производился миллионами тонн еще в советские времена, когда его использовали для производства аммиака для получения азотных удобрений.

Водород и сегодня используют для производства удобрений, повышения качества бензина, улучшения свойств стали, а также в пищевой промышленности для производства маргарина и твердых кондитерских жиров методом гидрогенизации растительных масел. Без него не обходятся все процессы гидроочистки, гидрообессеривания, гидрокрекинга, регенерации катализаторов. Его также широко применяют для охлаждения генераторов на электростанциях.

С тех пор как появилась перспектива перехода на водородную энергетику с углеводородной, потребность в водороде увеличилась на порядки. Сегодня эта перспектива стала реальностью, поскольку примерно десять лет назад была решена одна из основных проблем с его хранением для дальнейшего использования в качестве автомобильного топлива. Вместо тяжелых, дорогих и небезопасных стальных баллонов для сжатого под высоким давлением водорода стали применять легкие композитные емкости из углепластика, которые прекрасно помещаются в легковых автомобилях. Кроме того, стало возможным получать водород прямо по месту употребления. Появление таких технологий зажгло для водородной энергетики зеленый свет.

Около 20 лет назад во всем мире начали появляться автомобили на водороде, и бывшие выставочные центры пилотных моделей превратились в салоны-магазины серийных образцов. Количество автомобилей на водородном топливе сегодня исчисляется тысячами. Их стоимость составляет около $50–60 тыс. Серийные автомобили на водороде есть у Toyota, Hyundai, Honda. Предсерийные образцы тестируют Audi, Mercedes, BMW, Mazda, Ford и ряд других производителей. Все технические препятствия, столько десятилетий казавшиеся непреодолимыми, пройдены за считаные годы, и теперь вопрос только в экономической целесообразности для массового потребителя. В России такой автомобиль приобрел себе житель Красноярска, но в связи с отсутствием заправок в своем городе перевез машину в Москву и получает топливо в одном из научных институтов.

Как получить водород?

Для развития водородной энергетики нужно будет на государственном уровне решить вопрос, в каком виде доставлять водород к месту его получения. Дело в том, что водород содержится в очень многих видах ископаемых топлив.

«Наиболее дешевый водород получается методом паровой конверсии метана,— рассказывает заведующий отделом гетерогенного катализа Института катализа СО РАН Павел Снытников.— Другой способ — из аммиака. Для его транспортировки, как и для природного газа, в нашей стране даже существует трубопровод, так как аммиак сжижается всего при давлении 8,5 атмосферы. Третье решение — перевозка будущего водорода в виде метанола. В Китае метанол используют как автомобильное топливо. Но в России против метанола почему-то предубеждение, по-видимому, в связи с тем, что с давних пор у нас простой народ пил все, что горело, в том числе и метанол, и люди лишались зрения».

А вот получать его лучше всего там же, где будут потреблять, чтобы уйти от проблем транспортировки чистого водорода. Чтобы использовать водород, например, как автомобильное топливо, нужно закачать его в баллоны под давлением 700 атмосфер. Правда, на сжатие нужна дополнительная энергия. Не меньше энергии требуется на сжижение водорода, так что один из подходящих способов его транспортировки — это перевозка в химически связанном состоянии, например в виде метана, из которого водород должен производиться там же, где будет использоваться. То есть до заправки везут метан, а уже на самой заправке устанавливается небольшое производство, например, конвертер метана в водород. Но этот способ не очень хорош для экологии, поскольку на небольших производствах сложно обеспечить качественную очистку выбросов. Зато экономически он себя вполне оправдывает. Опыт Японии, Кореи и ряда других стран показал, что километр пробега на водороде выходит не дороже бензина. 4 кг водорода, закачанного в баллон, хватает примерно на 800 км пути обычного седана.

Получать водород можно практически из любого углеводородного топлива: из бензина, дизельного топлива или пропан-бутановых смесей. В Институте катализа им. Г. К. Борескова СО РАН ведется работа по гранту РНФ по тематике получения водорода из дизельного топлива. Также разрабатываются методы получения водорода даже из органических носителей, например из бор-гидридов. Главные задачи на будущее развитие водородной энергетики — это не только получение водорода, но и его хранение. Жидкий водород можно хранить только при низких температурах, поэтому его использовали только в критически важных областях, например, как ракетное топливо.

Если отвлечься от автомобилей и обратить внимание на энергообеспечение более крупных стационарных объектов, например жилых или промышленных комплексов, то вся идеология водородной энергетики строится на ее связке с другими источниками энергии. Например, с возобновляемыми — гидро-, ветряными, солнечными электростанциями или с крупными атомными электростанциями. Производство такой энергии идет в одном режиме, а тратится потребителями она в другом, поэтому, когда есть излишки энергии, ее можно тратить на получение водорода даже из обычной воды методом электролиза.

Голубая мечта о зеленом водороде

Электролиз — это способ получения водорода из воды, который, к сожалению, требует больших энергозатрат, поэтому он оправдан только в тех случаях, когда вырабатываемую энергию необходимо запасти, пусть даже и с невысоким КПД. Лучше всего использовать для этого источники, где постоянно возникают достаточно большие излишки энергии. Емкости аккумуляторов для ее сохранения не хватает, кроме того, аккумуляторы быстро разряжаются, а полученный методом электролиза водород — это гарантированный запас энергии, можно сказать, воплощение мечты о чистой энергии, так называемом зеленом водороде. К сожалению, пока всего 2% общего объема водорода в мире производится методом электролиза. 75% водорода получают из природного газа и 25% — сжиганием угля. Цены топлива, полученного по этим технологиям, также несопоставимы: $1,7 за 1 кг водорода из природного газа и $5–10 за водород, полученный электролизом. Впрочем, стоимость зависит от источника энергии. Например, от энергии АЭС зеленый водород вдвое дешевле ($3–5), чем от возобновляемых источников энергии.

Основные организации в России, заинтересованные в получении водорода — это компании «Росатом» и «Газпром». Атомные электростанции нуждаются в сохранении избытка энергии в виде водорода и дальнейшего его использования. А добывающая компания хочет перерабатывать природный газ в водород, имея соответствующие установки непосредственно в местах использования, например на автомобильных заправках. Для решения проблемы транспортировки водорода можно переводить его в спирты — метанол, диметиловый эфир, чтобы получать из них водород, что называется, «по требованию» для дальнейшего использования на энергоустановках. Это химия получения водородсодержащих компонентов, и она достаточно хорошо освоена.

Как перестать сжигать топливо

Вообще, заявления о том, что водород — это экологически чистое топливо, не совсем справедливы. Из школьного курса химии мы помним, что после сжигания водорода получается вода. Но горит-то он в воздухе, где высокое содержание азота, и в результате реакции кислорода и азота при высоких температурах мы получаем те же токсичные оксиды азота, что и при сжигании бензина, только в меньшем объеме. Собственно, водород здесь ни при чем: любое высокотемпературное горение вызывает в воздухе реакцию взаимодействия кислорода и азота с образованием оксидов. По этой причине получать электричество с помощью сжигания любого топлива — это не самый экологичный способ. А тем более углеводородного, которое сгорает с выделением выбросов углекислого газа в атмосферу. Чтобы решить проблемы с выбросами в атмосферу, нужно прекратить сжигать топливо и снизить градус его потребления до комнатной температуры. В этом могут помочь топливные элементы.

Читайте также  Мифы о пенисе, из которых давно пора вырасти

Применение водорода в топливных элементах является самым экологичным. Разные топливные элементы используют водород при разных температурах и могут быть более или менее привередливы к его чистоте. Низкотемпературные топливные элементы работают на чистом водороде, а высокотемпературные вполне удовлетворяются синтез-газом. Топливный элемент — это электрохимическое устройство, которое преобразует химическую энергию водорода в электрическую (процесс, обратный электролизу) с достаточно высоким КПД. Институт катализа СО РАН сотрудничает с российскими производителями топливных элементов — ГК «ИнЭнерджи» и Институтом проблем химической физики РАН, где были разработаны и созданы сверхлегкие топливные элементы для беспилотных летательных аппаратов. В настоящее время там ведутся разработки более крупных топливных элементов для автомобильных передвижных платформ. Рынок топливных элементов еще только формируется, поскольку область их применения постоянно растет. Появляются новые возможности в разработке — осваивается новый экономический сектор. Вопросы могут быть самые разные — например, обеспечение дальних трасс или камер видеонаблюдения источниками связи или возможность установки автономных вышек сотовой связи. Источники водородной энергии всегда работают как тандем «топливный элемент на водороде плюс аккумулятор». Аккумулятор способен сглаживать пиковые нагрузки, а топливный элемент обеспечивает длительную выработку электроэнергии.

Сегодня в мире на топливных элементах работают тысячи небольших энергоустановок. В США, Японии и некоторых странах Европы они уже около 30 лет снабжают водородной энергией небольшие частные поселки, большие и удаленные от города супермаркеты или промышленные объекты. В отличие от дизель-генераторов это намного более бесшумные системы, так что их широко используют как запасные источники энергии в случае сбоев в работе основного источника энергообеспечения.

Сколько стоит чистый воздух

В качестве грантового финансирования на развитие индустрии водородной энергетики некоторые страны ЕС ежегодно выделяют сотни миллионов евро, США — сотни миллионов долларов. Совокупные вложения Европы и США в эту отрасль исчисляются миллиардами. Сейчас многие компании во всем мире делают попытки использовать источники энергии на топливных элементах в самых разных областях. В ближайшие десятилетия может измениться сама концепция человеческого энергопотребления.

В России развитие топливных элементов исторически связано с космическими программами в середине ХХ века. Щелочные топливные элементы использовались во многих космических проектах, где требовались автономные энергоустановки.

В 2020 году правительство России утвердило энергетическую стратегию Российской Федерации на период до 2035 года и ключевые меры развития водородной энергетики. В этом же году был создан консорциум по водородной энергетике, куда вошли ведущие научные институты: Томский политехнический университет, Институт катализа СО РАН, Институт проблем химической физики РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН, Самарский государственный технический университет и Сахалинский государственный университет. В программе развития водородной энергетики РФ намечено создание водородных кластеров и пилотных проектов по производству и экспорту водорода. Планируется развитие первых коммерческих проектов производства водорода. Сегодня в РФ появляются отдельные пилотные проекты с использованием водородной энергетики, но до массового внедрения пока не дошло: скорее производители демонстрируют свою готовность к реализации подобных проектов в случае выделения финансирования со стороны, например, госкорпораций. Так, в конце 2019 года в Санкт-Петербурге был запущен трамвай на водородном топливе, а ОАО «Газпром» и ОАО «РЖД» в качестве пилотного проекта обсуждают возможность запуска поезда на Сахалине на топливных водородных элементах.

PDF-версия

  • 21
  • 22
  • 23

Водородная энергетика: начало большого пути

Ранее мы рассказывали про то, каким экологичным видом транспорта являются электробусы. Однако не упомянули один важный момент: c ростом числа электротранспорта городам потребуется больше электричества, которое зачастую получают экологически небезопасными способами. К счастью, сегодня мир научился получать энергию при помощи ветра, солнца и даже водорода. Новый материал мы решили посвятить последнему из источников и рассказать об особенностях водородной энергетики.

На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной, во-вторых, при его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.

Водородные топливные элементы

Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах XIX века. Гроув пытался осадить медь из водного раствора сульфата меди на железную поверхность и заметил, что под действием электрического тока вода распадается на водород и кислород. После этого открытия Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.

Позже, в 1959 году, Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовалось правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.


Водородный топливный элемент из сервисного модуля «Аполлонов», вырабатывающий электричество, тепло и воду для астронавтов. Источник: James Humphreys / Wikimedia Commons

Сейчас топливный элемент на водороде напоминает традиционный гальванический элемент с одной лишь разницей: вещество для реакции не хранится в элементе, а постоянно поставляется извне. Просачиваясь через пористый анод, водород теряет электроны, которые уходят в электрическую цепь, а сквозь мембрану проходят катионы водорода. Далее на катоде кислород ловит протон и внешний электрон, в результате чего образуется вода.


Принцип работы водородного топливного элемента. Источник: Geek.com

С одной топливной ячейки снимается напряжение порядка 0,7 В, поэтому ячейки объединяют в массивные топливные элементы с приемлемым выходным напряжением и током. Теоретическое напряжение с водородного элемента может достигать 1,23 В, но часть энергии уходит в тепло.

С точки зрения «зеленой» энергетики у водородных топливных элементов крайне высокий КПД — 60%. Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40%. Для солнечных электростанций коэффициент составляет всего 15-20%, но сильно зависит от погодных условий. КПД лучших крыльчатых ветряных электростанций доходит до 40%, что сравнимо с парогенераторами, но ветряки также требуют подходящих погодных условий и дорогого обслуживания.

Как мы видим, по этому параметру водородная энергетика является наиболее привлекательным источником энергии, но все же существует ряд проблем, мешающих ее массовому применению. Самая главная из них — процесс добычи водорода.

Проблемы добычи

Водородная энергетика экологична, но не автономна. Для работы топливному элементу нужен водород, который не встречается на Земле в чистом виде. Водород нужно получать, но все существующие сейчас способы либо очень затратны, либо малоэффективны.

Самым эффективным с точки зрения объёма полученного водорода на единицу затраченной энергии считается метод паровой конверсии природного газа. Метан соединяют с водяным паром при давлении 2 МПа (около 19 атмосфер, т. е. давление на глубине около 190 м) и температуре около 800 градусов, в результате чего получается конвертированный газ с содержанием водорода 55-75%. Для паровой конверсии необходимы огромные установки, которые могут быть применимы лишь на производстве.


Трубчатая печь для паровой конверсии метана — не самый эргономичный способ добычи водорода. Источник: ЦТК-Евро

Более удобный и простой метод — электролиз воды. При прохождении электрического тока через обрабатываемую воду происходит серия электрохимических реакций, в результате которых образуется водород. Существенный недостаток этого способа — большие энергозатраты, необходимые для проведения реакции. То есть получается несколько странная ситуация: для получения водородной энергии нужна… энергия. Во избежание возникновения при электролизе ненужных затрат и сохранения ценных ресурсов некоторые компании стремятся разработать системы полного цикла «электричество — водород— электричество», в которых получение энергии становится возможным без внешней подпитки. Примером такой системы является разработка Toshiba H2One.

Мобильная электростанция Toshiba H2One

Мы разработали мобильную мини-электростанцию H2One, преобразующую воду в водород, а водород в энергию. Для поддержания электролиза в ней используются солнечные батареи, а излишки энергии накапливаются в аккумуляторах и обеспечивают работу системы в отсутствие солнечного света. Полученный водород либо напрямую подается на топливные ячейки, либо отправляется на хранение во встроенный бак. За час электролизер H2One генерирует до 2 м 3 водорода, а на выходе обеспечивает мощность до 55 кВт. Для производства 1 м 3 водорода станции требуется до 2,5 м 3 воды.

Пока станция H2One не способна обеспечить электричеством крупное предприятие или целый город, но для функционирования небольших районов или организаций ее энергии будет вполне достаточно. Благодаря своей мобильности она может использоваться также как и временное решение в условиях стихийных бедствий или экстренного отключения электричества. К тому же, в отличие от дизельного генератора, которому для нормального функционирования необходимо топливо, водородной электростанции достаточно лишь воды.

Сейчас Toshiba H2One используется лишь в нескольких городах в Японии — к примеру, она снабжает электричеством и горячей водой железнодорожную станцию в городе Кавасаки.

Монтаж системы H2One в городе Кавасаки

Водородное будущее

Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией и портативные пауэр-банки, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт (более подробно об использовании водорода в автоиндустрии мы расскажем в нашем следующем посте). Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Экспериментальные дроны на топливных элементах производства российской компании AT Energy применялись для съемок на Олимпиаде в Сочи.

Стало известно, что на грядущих Олимпийских играх в Токио водород будет использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год.

Водородная энергетика — это наш «запас на будущее», когда от ископаемого топлива придется окончательно отказаться, а возобновляемые источники энергии не смогут покрывать нужды человечества. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но в ближайшем будущем массовое внедрение технологии вряд ли произойдет, необходимо еще решить ряд проблем, связанных с производством и эксплуатацией специальных энергоустановок, снизить их стоимость. Когда технологические барьеры будут преодолены, водородная энергетика выйдет на новый уровень и, возможно, будет так же распространена, как сегодня традиционная или гидроэнергетика.